Введение к работе
Актуальность работы. Среди исполнительных турбомеханизмов, оснащенных асинхронным электроприводом, особое место занимают водяные насосы, вентиляторы и дымососы, так как от их надежной и бесперебойной работы зависит не только ритмичность технологического процесса, но и комфортность и безопасность жизнедеятельности человека, как на производстве, так и в быту. При этом электроприводы турбомеханизмов в общем случае представляют собой системы с n-м числом () идентичных параллельных каналов регулирования (ЭППК), из которых k – число каналов (k Несмотря на достаточно жесткие требования по времени для перехода на резервный канал регулирования, в подавляющем числе ЭППК ввод в работу резерва производится вручную за недопустимо большое время, что влечет за собой срыв технологического процесса и экономические потери для предприятия. Применение для диагностики работоспособности ЭППК известных аналоговых или цифровых методов тестового воздействия с последующим анализом отклика системы и его сравнением с эталонным «портретом» нельзя считать приемлемым для данного класса электроприводов, так как система диагностирования и автоматического включения резерва нередко оказывается намного сложнее непосредственно объекта диагностирования, и требует по этой причине тест-проверки собственной работоспособности. Поэтому задача диагностирования и автоматического включения резерва в ЭППК в настоящее время остается практически нерешенной. Очевидно, что оптимальным вариантом решения данной проблемы следует считать создание для ЭППК такой системы управления, которая при простоте технической реализации обладала бы необходимой точностью, а также свойством самодиагностирования и автоматического включения резервного канала регулирования, и не требовала бы введения дополнительных средств диагностики, ключевых коммутаторов и т.д., приводящих к значительной структурной избыточности всего комплекса электронного оборудования. В этом плане перспективными являются методы интегрирующего развертывающего преобразования, которым посвящены работы Темникова Ф.Е., Смолова В.Б., Шляндина В.М., Мартяшина А.И., Шахова Э.К., Угрюмова В.К., Гусева В.Г., Конюхова Н.Е, Кобзева В.А, Осипова О.И., Цытовича Л.И. и многих других ученых. Развертывающие преобразователи, в силу свойств, дарованных им природой, позволяют при минимуме аппаратурных затрат получать высокую точность процесса регулирования, помехоустойчивость, и решать целый комплекс вопросов, связанных как с диагностикой, так и резервирование отдельных элементов и систем управления в целом. Целью и задачами диссертационной работы являются: создание высоконадежной, простой, с точки зрения технической реализации, обладающей свойством самодиагностирования и автоматического включения резерва, системы управления ЭППК, а также других объектов с идентичными структурными признаками, на основе принципа многозонного интегрирующего развертывающего преобразования с частотно-широтно-импульсной модуляцией (ЧШИМ). Методы исследования. Для анализа статических и динамических показателей МРП использовались системы трансцендентных уравнений с их решением на ЭВМ и представлением результатов в виде пространства статического и динамического состояния МРП и их проекций на плоскость переменных, а также метод логарифмических частотных характеристик. Анализ показателей надежности МРП производился классическими методами теории надежности. Исследования переходных процессов в ЭППК с управлением от МРП осуществлялись с помощью пакетов прикладных программ MathCad и MatLab+Simulink. Научные положения и результаты, выносимые на защиту Статические с учетом различных дестабилизирующих факторов и динамические характеристики МРП при различном числе его релейных элементов в широком частотном диапазоне входного гармонического сигнала, включая область частот замедленной дискретизации сигнала управления. Статические и динамические характеристики МРП при катастрофических отказах активных компонентов схемы и его показатели надежности. Метод самодиагностирования и автоматического резервирования ЭППК с введением в замкнутый контур МРП стробирующих логических переменных от селективных защит силового электрооборудования и исполнительных механизмов, а также автоматическое резервирование источников электропитания информационных элементов ЭППК. Элементы и устройства на базе МРП для информационной части систем управления электроприводами и технологической автоматики. Структуры ЭППК с различным числом каналов регулирования и с управлением от тиристорных регуляторов напряжения и преобразователей частоты, включая ЭППК с автоматическим включением «горячего» и «холодного» резервов. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием методов расчета статических и динамических процессов в математических и компьютерных моделях при общепринятых допущениях, удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, а также результатами промышленного внедрения и эксплуатации ЭППК с управлением от МРП. Научное значение результатов работы В результате разработки математического описания для статических и динамических характеристик МРП, их теоретического и экспериментального анализа получила дальнейшее развитие теория нового класса многозонных интегрирующих развертывающих преобразователей с частотно-широтно-импульсной модуляцией, а также систем управления ЭППК на их основе. Впервые исследованы статические и динамические характеристики МРП при влиянии основных дестабилизирующих факторов, включая катастрофические отказы активных компонентов его структуры, а также переходные процессы в МРП с различным числом релейных элементов. Предложен новый способ блокировки дополнительных переключений каналов регулирования в ЭППК с МРП, имеющего четное число релейных элементов, а также автоматического резервирования источников электропитания информационных элементов системы ЭППК. Впервые предложены и, на основе разработанных компьютерных моделей, исследованы структуры ЭППК на базе МРП с различным числом каналов регулирования с управлением исполнительными электродвигателями от тиристорных регуляторов напряжения и преобразователей частоты, включая ЭППК с самодиагностированием и автоматическим включением «горячего» и «холодного» резервов. Практическое значение работы заключается в следующем: получены рекомендации по рациональному выбору параметров элементов схем МРП, обеспечивающие минимизацию результирующей статической и динамической погрешности работы многозонного преобразователя; разработаны структурные и принципиальные схемы элементов и устройств систем управления электроприводами и технологической автоматики на основе МРП; разработаны структурные и принципиальные схемы МРП и ЭППК с самодиагностированием катастрофических отказов и автоматическим включением резервного канала регулирования; разработаны компьютерные модели ЭППК с управлением от МРП, позволяющие исследовать различные режимы работы электроприводов с параллельными каналами регулирования. Реализация результатов работы. Системы управления ЭППК на базе МРП внедрены на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» в шлакоплавильном цехе при автоматизации комплекса оборудования гран-бассейна и в цехе № 6 в системе управления электроприводами газоотсосов линии плазменной резки труб большого диаметра. Результирующий годовой экономический эффект от реконструкции технологических объектов составил более 700 тыс. руб. По результатам исследований разработан учебно-лабораторный стенд по курсу «Элементы систем автоматики» и «Теория развертывающих систем» для студентов специальности 140604. Результаты работы используются также в рамках проекта «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 – 2008 годы) НИОКР» по заданию Рособразования по аналитической ведомственной целевой программе. Регистрационный номер 01.2006 10696. Апробация работы. Основные вопросы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: ХХХIV Уральский семинар «Механика и процессы управления». Екатеринбург, 2004; VII Всероссийская научно-технической конференции «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования». Тамбов, 22 – 29 апреля 2004; научно-техническая конференция «Электроприводы переменного тока», Екатеринбург, 15 – 18 марта 2005; международная научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологий» (ХII Бенардосовские чтения), Иваново, 2005; XXVI семинар «Российская школа по проблемам науки и технологии". Екатеринбург, 2006; ХI международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Крым, Алушта, 18 – 23 сентября 2006. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения, библиографического списка из 251 наименования, четырех приложений. Общий объем диссертации 235 страниц, включая 116 рисунков и 28 таблиц. Публикации. Основные положения, выводы и практические результаты изложены в 11 статьях в журналах и сборниках научных трудов, 7 материалах конференций и тезисов докладов. На оригинальные технические решения получены 3 патента на изобретения.
Похожие диссертации на Электроприводы с параллельными каналами регулирования на основе многозонных интегрирующих развертывающих преобразователей
